JP4344884B2 - 超過圧力防止システム - Google Patents

Description

本発明は、超過圧力防止システムに関する。超過圧力防止システムは、パイプラインやプラントなどのように低圧にて流体を取り扱う設備が超過圧力にさらされるのを防ぐ。超過圧力とは、低圧流体を取り扱う設備の最大許容動作圧力を超える圧力である。

この設備は導管により高圧源に接続される。該設備における流体圧力を制御するため、減圧弁が導管中に設けられる。設備を超過圧力から保護するため、超過圧力防止システムが減圧弁の下流にて導管に設けられる。

超過圧力防止システムは、上流の減圧システムの故障により起こる超過圧力から低圧設備を保護する。加えて、下流の低圧設備における流体の流れを閉鎖することにより生じる超過圧力から設備を保護する。超過圧力防止システムが故障すると、低圧設備における圧力が上流の流体源の高圧と等しくなってしまう。

従来の超過圧力防止システムは、低圧取扱システムにおける圧力が所定の値を超えると閉鎖する遮断弁と、遮断弁の故障に備えるべく低圧取扱システムにおける圧力が所定の値を超えると開く機械的安全弁とを備える。従来の超過圧力防止システムの欠点は、遮断弁が故障して機械的安全弁が開いた場合には高圧源が低圧取扱システムに接続されたままとなることである。さらに、出願人はこのような安全弁の信頼性を調査し、単位時間当たりの故障回数が耐用年数の１０００年中５回の故障より多く、かなりの数となることが分かった。

本発明の目的は、非常に低い故障率の超過圧力防止システムを提供することである。

このため、本発明による超過圧力防止システムは、減圧弁と低圧流体取扱システムの間に延びる導管区域と、導管区域に配置されたアクチュエータを有する遮断弁と、導管区域における遮断弁の両側に配置された圧力センサーと、アクチュエータ及び圧力センサーと通信して導管区域中の高圧を検出すると信号を生成する安全管理システムと、遮断弁と圧力センサーを検査するための自己診断システムであって、アクチュエータ、圧力センサー及び安全管理システムと通信し、遮断弁若しくは圧力センサーのどちらか又はその両方において異常を検出すると信号を生成する前記自己診断システムとを備える。

以下、添付図面に関して本発明を詳細に説明する。該図面は導管１を略示し、この導管１は、高圧源２から減圧弁４に延びる第1導管区域１ａと、減圧弁４から低圧流体取扱システム６に延びる第2導管区域１ｂとからなる。

第2導管区域１ｂには、アクチュエータ９を備えた遮断弁８が設けられる。遮断弁８は例えばボール弁である。加えて、圧力センサー１０及び１１が、導管区域１ｂにおいて遮断弁８の両側に設けられる。

超過圧力防止システムはさらに、導管２０を介してアクチュエータ９に指示する安全管理システム１５を備える。安全管理システム１５はさらに、導管２５及び２７を介してセンサー１０及び１１と通信する。これらの導管２５及び２７が、センサー信号を安全管理システム１５に伝送する。適切には、導管２０、２５及び２７は、電気信号を伝送する導管である。しかしながら、これらの導管は、油圧又は機械的な信号を伝送してもよいし、無線信号に基づいた通信システムと置き換えることもできる。安全管理システム１５は、導管区域１中に高圧を検出すると信号２８を生成する。

通常運転中は、安全管理システム１５により、導管区域１ｂ中に配置された遮断弁８は、圧力センサー１０及び１１が所定の値より低い圧力を感知する限り、開位置にとどまる。しかしながら、もし圧力センサー１０及び１１のいずれかが所定の値を超えた圧力を感知すれば、安全管理システム１５により、アクチュエータ９に遮断弁８を閉鎖させる。このようにして、低圧設備が超過圧力から保護される。加えて、警告信号がオペレータに与えられ、適切には、この警告信号によっても、低圧流体取扱システムの動作が中断される。低圧流体取扱システムがパイプラインの場合には、パイプラインが閉鎖され、低圧流体取扱システムがプラントの場合には、プラントの運転が中断される。

安全管理システム１５は、アクチュエータ９に動力を直接供給することができるか、又は別の動力源に指示してアクチュエータ９に動力を供給することができる。

超過圧力防止システムはさらに、自己診断システム３０を備えて遮断弁８と圧力センサー１０及び１１とを検査する。自己診断システム３０は、遮断弁８と圧力センサー１０及び１１のどちらか、又は遮断弁８と圧力センサー１０及び１１の両方において異常を検出すると信号３１を生成する。信号３１はオペレータに与えられ、適切には、この信号３１によっても、低圧流体取扱システムの動作が所定時間内に中断される。低圧流体取扱システムがパイプラインの場合には、パイプラインが閉鎖され、低圧流体取扱システムがプラントの場合には、プラントの運転が中断される。自己診断システム３０は、安全管理システム１５、アクチュエータ９並びに圧力センサー１０及び１１と通信する。アクチュエータ９並びに圧力センサー１０及び１１との該通信は、安全管理システム１５と同じ導管を介する。別法として、この通信は安全管理システム１５を介して行われる。指示が導管２０を介してアクチュエータに送られる場合には、該指示に対して安全管理システム１５からの指示が付加され、それにより、緊急時において安全管理システム１５からの指示が自己診断システム３０からのどんな指示も却下するようにする。アクチュエータ９に供給される動力及び弁本体（図示せず）の位置についての情報は、導管３２ａによりアクチュエータに接続され且つ導管３２ｂにより弁ステムに接続されたセンサーコンビネーション３２によって感知される。この情報は、導管３３を介して自己診断システムに与えられる。適切には、導管３３は、電気信号を伝送する導管であるが、同様に油圧信号又は機械的信号を伝送してもよいし、無線信号に基づいた通信システムに代えることもできる。

信頼できない超過圧力防止システムは望ましくないことが分かるであろう。自己診断システム３０は、遮断弁８か圧力センサー１０及び１１のどちらか、又はその両方において異常を検出すると信号３１を生成する。異常を検出するために、自己診断システム３０は、いくつかの検査を順次実行するようにプログラミングされる。自己診断システム３０により、超過圧力防止システムの信頼性がかなり増している。

自己診断システム３０は、超過圧力防止システムの検査を実行するように適切にプログラミングされ、圧力センサー１０と１１、作動される遮断弁８、並びにセンサー１０と１１、アクチュエータ９及び安全管理システム１５の間に延びる通信線についての正確な性能を検査するよう構成される。

システム検査は、遮断弁８の閉鎖を開始すべく遮断弁８の弁本体（図示せず）を移動させるステップ、遮断弁８の上流及び下流の圧力センサー１０及び１１により測定された圧力を記録するステップ、遮断弁８の両側の圧力差が所定の限度を超えかつ上流の圧力が下流の圧力より大きいときに弁本体の移動を停止するステップ及びその後遮断弁８を再び開くステップからなる。

この検査の第1ステップでは、自己診断システム３０により、遮断弁８を閉じるべく導管２０を介してアクチュエータ９に弁本体の移動を開始させる。もし、遮断弁８を閉じる指示を送ること、該指示を実行すること、及び遮断弁８の閉鎖の効果を感知することを含んだチェーン（chain）が適切に機能しているならば、上流のセンサー１０は、下流の圧力センサー１１により測定された圧力より大きな増加する圧力の測定を開始する。この圧力信号は、導管２５及び２７を介して自己診断システム３０に送られる。遮断弁８の両側の圧力差が所定の限度を超え、かつセンサー１０により感知された上流の圧力がセンサー１１により感知された下流の圧力より大きいとき、自己診断システム３０は、遮断弁８の弁本体の移動を停止するよう指示し、次に遮断弁８を再び開けるよう指示する。上記所定の限度は、遮断弁８の両側の圧力差が低圧流体取扱システム６の動作に悪影響を与えないように選ばれる。圧力差が感知されない場合には、チェーンの一部に欠陥があることを示す信号３１が発せられる。

システム検査中、自己診断システム３０は、弁本体の移動及びアクチュエータ９に供給される動力を感知して記録し、それらを予想される移動及び動力と比較する。このステップでは、遮断弁８並びに該遮断弁８の上流及び下流の圧力センサー１０及び１１の機能すべてが点検される。

自己診断システム３０は信号３１を生成する。この信号３１は、遮断弁の移動及びアクチュエータに供給された動力と予想されるものとの比較が順調であり検査が良好であったこと、又は遮断弁の移動及び動力が予想されるものとの比較が順調でなく検査が不合格であったことを示す。このために、自己診断システム３０はさらに、アクチュエータ９により遮断弁８の弁本体を移動させるステップ、弁本体の移動及びアクチュエータ９に供給された動力を、予想される移動及び動力と比較するステップ及び移動又は動力が予想されるものでないならば信号３１を発するステップを実行すべくプログラミングされている。自己診断システム３０は、アクチュエータ９に動力を付与することにより、アクチュエータ９を移動させて遮断弁８を閉鎖する。アクチュエータに供給された動力及び弁本体の位置は、センサーコンビネーション３２により記録され、この情報は導管３３を介して自己診断システム３０に与えられる。自己診断システム３０は、上記移動又は動力が予想されるものでないときに信号３１を発する。この検査は、弁の検査である。

もし遮断弁８が電気的に作動させられるならば、アクチュエータに流れる電流を上記動力の代わりに使用できる。もしアクチュエータが空気などの流体により動力付与されるアクチュエータであるならば、流体の圧力が使用される。電流又は圧力は、センサーコンビネーション３２により感知され、導管３３を介して自己診断システム３０に与えられる。

弁の検査では、弁本体の移動は、遮断弁８の弁本体のストロークの一部、又は遮断弁８の弁本体の全ストロークについて行うことができる。

超過圧力防止システムのこの定期的な検査に加えて、遮断弁８が開放位置体制にあるときには、圧力センサー１０及び１１は、自己診断システム３０により連続的にモニターされる。このセンサー検査を実行するために、自己診断システム３０は、圧力センサー１０及び１１により連続的に圧力を測定するステップ、圧力差を計算するステップ、及び該圧力差が所定の限度を超えていると信号３１を発するステップを実行すべくプログラミングされている。適切には、この検査は、遮断弁８が開いている限り連続的に実行され、圧力センサー１０及び１１を点検する。圧力センサー１０及び１１の信号は、それぞれ導管２５及び２７を介して自己診断システム３０に送られる。圧力差が計算され、もし該圧力差の絶対値が所定の限度よりも小さいならば、圧力センサー１０及び１１は正しく働いている。しかしながら、もしそうでないならば、圧力センサー１０又は１１において異常が検出されたことを示す信号３１が発せられる。加えて、低圧設備を運転停止するために、もし異常が回復しなければ、遮断弁８は所定時間内に閉じられる。導管区域１を通る流れの小さな変動によって遮断弁８を挟んでの圧力降下が生じること、及び上記所定の限度を決める際にはこの圧力降下を考慮しなければならないことが分かるであろう。

システム検査と弁検査は、検査ラウンド（検査ラウンド間のインターバルは一定）において交互に実行することができ、その際、センサー検査は、２つの検査ラウンド間のインターバル中にて連続的に実行される。別法として、各々の検査を一定インターバルにて実行することもでき、その際の２つの検査間の時間は各検査で異なる。

図においては、安全管理システム１５の一部である自己診断システム３０を備える。しかしながら、上述の機能が維持できるように通信線が接続されるならば、自己診断システムを安全管理システムから分離することもできる。

図に関して述べた本発明の実施態様において、導管区域１には上流の圧力センサー１０及び下流の圧力センサー１１を備えた１つの遮断弁８が含まれる。別法として、導管区域１に２以上の遮断弁を直列に設け、その各々に上流の圧力センサーと下流の圧力センサーを付与することもできる。この場合には、２つの隣接した遮断弁の間に２つの圧力センサーが存在し、これら２つの圧力センサーのうちの１つは省くことができ、その結果、一方の遮断弁の下流圧力センサーが、もう一方の遮断弁の上流圧力センサーとなる。これら２以上の弁に対して、上述した検査が個別に実施される。これらの遮断弁は、それら自体の自己診断システムと共通の安全管理システムを有するか、又は各遮断弁に対して１つの安全管理システムを有することができる。別法として、これらの遮断弁は、１つの自己診断システムを有することができ、１つの安全管理システムが遮断弁すべてに作用する。

要するに、本発明は、信頼性が向上し圧力リリーフシステムの不要な超過圧力防止システムを提供する。本発明による超過圧力防止システムが２つの遮断弁を備える構成により、超過圧力防止システムの耐用年数５００００年中１回より小さい故障率が達成できる。

本発明の一実施態様を示す。

符号の説明

１ 導管区域
２ 高圧源
４ 減圧弁
６ 低圧流体取扱システム
８ 遮断弁
９ アクチュエータ
１０、１１ 圧力センサー
１５ 安全管理システム
３０ 自己診断システム

Claims (8)

1. 減圧弁と低圧流体取扱システムの間に延びる導管区域と、前記導管区域に配置されたアクチュエータを有する遮断弁と、前記導管区域における前記遮断弁の両側に配置された圧力センサーと、前記アクチュエータ及び前記圧力センサーと通信して前記導管区域中の高圧を検出すると信号を生成する安全管理システムと、前記遮断弁と前記圧力センサーを検査するための自己診断システムであって、前記アクチュエータ、前記圧力センサー及び前記安全管理システムと通信し、前記遮断弁若しくは前記圧力センサーのどちらか又はその両方において異常を検出すると信号を生成する前記自己診断システムとを備える超過圧力防止システム。
2. 前記安全管理システムにより生成された前記信号が、異常の場合におけるオペレータへの警告信号である、請求項１に記載の超過圧力防止システム。
3. 前記安全管理システムにより生成された前記信号がまた、前記低圧流体取扱システムの動作を所定の時間内に中断させる、請求項１に記載の超過圧力防止システム。
4. 前記自己診断システムが、前記圧力センサーにより連続的に圧力を測定するステップ、２つの前記圧力センサーにより測定された前記圧力の圧力差を計算するステップ、及び前記圧力差が所定の限度を超えていると前記自己診断システムにより生成される前記信号を発するステップを、前記遮断弁が完全に開いている場合に実行すべくプログラミングされている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の超過圧力防止システム。
5. 前記自己診断システムがさらに、前記遮断弁の閉鎖を開始すべく前記遮断弁の弁本体を移動させるステップ、前記遮断弁の上流及び下流の前記圧力センサーにより測定された圧力を記録するステップ、前記遮断弁の両側の前記圧力センサーにより測定された前記圧力の圧力差が所定の限度を超えかつ前記遮断弁の上流の前記圧力センサーにより測定された前記圧力が前記遮断弁の下流の前記圧力センサーにより測定された前記圧力より大きいときに前記弁本体の移動を停止するステップ、及びその後前記遮断弁を再び開くステップを実行すべくプログラミングされている、請求項４に記載の超過圧力防止システム。
6. 前記自己診断システムがさらに、前記アクチュエータにより前記遮断弁の弁本体を移動させるステップ、前記弁本体の前記移動及び前記アクチュエータに供給された動力を、予想される移動及び動力と比較するステップ、及び前記比較の結果として、前記供給された動力が予想されるものではないならば前記弁本体を移動させると共に前記自己診断システムにより生成される前記信号を発し、前記弁本体の前記移動が予想されるものではないならば動力を供給すると共に前記自己診断システムにより生成される前記信号を発するステップを実行すべくプログラミングされている、請求項４又は５に記載の超過圧力防止システム。
7. 前記移動させるステップにおける前記遮断弁の前記弁本体の前記移動が、前記弁本体のストロークの一部にて行われる、請求項６に記載の超過圧力防止システム。
8. 前記移動させるステップにおける前記遮断弁の前記弁本体の前記移動が、前記弁本体の全ストロークにて行われる、請求項６に記載の超過圧力防止システム。

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